[发明专利]基于参数空间包络的装配公差设计方法

说明书

本发明涉及一种基于参数空间包络的装配公差设计方法，包括：确立两工件外围参数空间；建立装配公差与外围参数空间控制点变化之间的关系模型；建立以控制点为参数、装配曲面间隙无嵌入并满足间隙公差要求的约束条件、最大化控制点变化为目标的多目标优化问题；求解多目标优化问题，并将控制点的变化转化为装配零件的公差。本发明建立的装配模型通过较简单的控制点的变化反映工件复杂的变形，求解装配模型得到的控制点变化既可以实现两平面的随机装配，也可以根据其中一平面的变形特征实现选择性装配，并且两种装配形式都可保证工件的变形在装配公差的要求范围内，满足柔性板件的装配需求。

技术领域

本发明涉及装配公差设计技术领域，尤其是一种基于参数空间包络的装配公差设计方法。

背景技术

国际标准ISO1101定义了几何公差，根据该标准可以检查工件是否满足装配公差域。目前的公差设计大多针对刚性零件的研究，例如，CN201610221864.5识别了发动机压缩比与摩擦功的关键尺寸与非关键尺寸并作为参数，将压缩比与摩擦功关联起来作为优化目标，对关键尺寸和非关键尺寸进行优化。CN201310756983.7发明了一种装配公差设计系统，根据CAD系统获取装配约束信息，并推理公差类型与公差带类型，将推理得到的信息用于构建装配公差网络。得到的装配公差网络的信息，结合尺寸公差、形位公差及功能需求等约束，以最小加工成本为目标通过遗传算法实现公差优化设计。但是上述方法对于柔性工件装配而言无法精确描述其形变问题。

刚性零件在装配时不会因变形导致装配偏差产生，但是对柔性工件而言，两个在公差域范围内的工件装配后的间隙可能会发生变化，会直接影响产品质量，这种情况取决于工件的变形。如图1所示，组装两个理想平面(图1(a))。图1(b)中，两个平面沿相同方向弯曲，且两个工件的变形分别满足工件公差变形范围t₁和t₂，装配后部件仍然满足装配公差要求t₃，而在图1(c)中，两个平面分别向上和向下弯曲，且两个工件的变形满足工件公差变形范围t₁和t₂，如果不考虑变形装配后则不满足装配公差要求t₃，如果考虑变形则工件的内应力会较大。尽管图1(b)和(c)中都存在满足工件公差的变形，但是图1(b)的装配满足公差要求，图1(c)的装配反而不能满足公差要求。造成这种情况的原因是图1(b)中两个工件的变形模式相似，而图1(c)中的变形模式不同，对于薄板件的装配，变形是不可避免地，柔性件的装配误差不是单一累积的过程，因此存在变形会使得问题更加复杂因此这里提出了一个问题，即给定工件的公差，如何识别变形模式以便获得满足公差要求的组装。这个问题与“选择性装配”相似，这是一种使用相对低质量的组件却能获得更高质量的产品装配方法。目前对选择性装配的研究主要集中在工件的分组上，最常见的是对进化算法的选择和优化。大部分的选择性装配研究仍然集中在刚性工件上，而对柔性板件而言，单一的尺寸公差很难刻画其复杂变形，目前对柔性板件的选择性装配研究较少。

发明内容

本发明提供了一种基于参数空间包络的装配公差设计方法，目的是有效模拟装配过程中可能产生的变形，同时根据已知待装配件的特征，得到与其匹配的控制点变化特征，实现选择性装配。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于参数空间包络的装配公差设计方法，包括以下步骤：

步骤一：确立待装配两工件外围Bezier参数空间，并采用外围Bezier参数空间控制点描述工件模型以及初始变形；

步骤二：建立装配公差与外围Bezier参数空间控制点变化之间的关系模型；

步骤三：建立以外围Bezier参数空间控制点为参数、装配曲面间隙无嵌入并满足间隙公差要求的约束条件、最大化控制点变化为目标的多目标优化问题；

步骤四：求解多目标优化问题，并将外围Bezier参数空间控制点变化转化为装配零件的公差。